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Maschinenelemente 2 - Betriebsverhalten eines Radialgleitlagers

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Maschinenelemente 2

Betriebsverhalten eines Radialgleitlagers

Auch das Betriebsverhalten hat Einfluss auf das Reibungsverhalten. Hierzu schauen wir uns nachfolgend die Reibunszustände eines hydrodynamisch geschmierten Radialgleitlagers grafisch an. 

Reibungszustände in Abhängigkeit von der Drehzahl n
Reibungszustände in Abhängigkeit von der Drehzahl n

Der Verlauf ensteht dadurch, dass eine Welle aus dem Stillstand bis auf eine Betriebsdrehzahl beschleunigt wird. Eine(r) wichtige(r) Punkt/Linie ist dabei $ \mu_1 $. Diese Reibungszahl taucht im Mischreibungsgebiet auf und weist darauf hin, dass hier mit Verschleiß infolge von Abrieb zu rechnen ist. Beim zweiten Mal wo die Verlaufslinie $\mu_1 $ durchläuft, ist aber aufgrund der Festkörpertrennung nicht mehr mit einem Verschleiß zu rechnen.

Es zeigt sich, dass die Gleitreibungszahl $\mu $ mit zunehmender Drehzahl $ n $ im Bereich der Grenzreibung erst starkt sinkt um anschließend beim Durchlaufen des Mischbereichs hin zum Flüssigkeitsreibungsbereich wieder anzusteigen.  

In der nächsten Tabelle sehen Sie eine Übersicht von unterschiedlichen Reibungszahlen in Abhängigkeit des Reibungszustandes.

Reibungszustand Art der Reibung Reibungszahl $\mu $
Festkörperreibung Gleitreibung 0,3 - 1,0
Grenzreibung

Gleitreibung

Rollreibung

0,1 - 0,2

0,049

Mischreibung

Gleitreibung

Wälzreibung

Rollreibung

0,01 - 0,1

0,02 - 0,08

0,001 - 0,005

Flüssigkeitsreibung Gleitreibung 0,001 - 0,01
Gasreibung Gleitreibung 0,0001

Wie zu erwarten nimmt die Reibungszahl von der Festkörperreibung hin zur Gasreibung kontiniuerlich ab. Diese Entwicklung beruht auf dem abnehmenden direkten Kontakt der Bauteile zueinander.  

Schmierfilmdicke 

Um den Reibungszustand besser beschreiben zu können, nutzt man zusätzlich die spezifische Schmierfilmdicke $\lambda $. Diese ergibt sich aus dem Quotieten aus minimaler Schmierfilmdicke und gemittelter Oberflächenrauheit und wird formal beschrieben durch:

Merke

Spezifische Schmierfilmdicke: $\lambda =\frac{h_{min}}{R_a} $
  • $\ h_{min} $ = minimale Schmierfilmdicke im Kontaktbereich.
  • $\ R_a = 0,5 \cdot ( R_{a1} + R_{a2}) \rightarrow $ gemittelte Oberflächenrauheit der Kontaktflächen.  

Als Ergebnis erhält man eine dimensionslose Zahl, die einem der nachfolgenden Bereich zugeordnet werden kann:

  • Grenzreibung: $\lambda < 0,2 $,
  • Mischreibung: $ 0,2 < \lambda < 3 $,
  • Flüssigkeitsreibung: $ \lambda > 3 $. 

Methode

Man kann mit Hilfe der Schmierfilmdicke, also darauf schließen welcher Reibungszustand aktuell vorliegt.